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多領(lǐng)域紅外輻射率測(cè)試方案:卓立漢光傅里葉變換紅外光譜儀的應(yīng)用與實(shí)踐
摘要
傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)作為一種高精度的紅外輻射率測(cè)試技術(shù),具有高光譜分辨率一站式服務、寬波段覆蓋能力攻堅克難,能夠精確測(cè)量材料在特定波長下的光譜發(fā)射率,適用于從中紅外到遠(yuǎn)紅外的寬光譜范圍雙向互動。該方法采用非接觸式測(cè)量,結(jié)合可控溫環(huán)境助力各業,用于紅外散熱隔熱材料、航空航天飛行器紅外特征調(diào)控建議、中遠(yuǎn)紅外理療材料等領(lǐng)域的紅外輻射測(cè)量。FTIR的高精度不斷發展、標(biāo)準(zhǔn)化流程使其成為實(shí)驗(yàn)室熱輻射性能研究的金標(biāo)準(zhǔn)自動化方案,尤其適用于需要精細(xì)光譜分析的場(chǎng)景,為材料熱輻射性能的精準(zhǔn)表征提供了可靠手段線上線下。
正文
紅外輻射率(發(fā)射率)測(cè)試在多個(gè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用,主要涉及材料科學(xué)高質量、工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)療健康註入了新的力量、航空航天更多可能性、環(huán)境監(jiān)測(cè)等,具體如下:
紡織與功能性材料
用于測(cè)試遠(yuǎn)紅外紡織品的發(fā)射率又進了一步,評(píng)估其保暖性能和遠(yuǎn)紅外輻射效果多元化服務體系,如保暖內(nèi)衣、遠(yuǎn)紅外理療產(chǎn)品等深度。檢測(cè)紅外輻射涂料、電熱膜等材料的輻射性能開拓創新,優(yōu)化其發(fā)熱效率。
工業(yè)與制造業(yè)
評(píng)估散熱器創造性、電子元件的熱管理性能規模設備,高發(fā)射率材料有助于提高散熱效率。
檢測(cè)高溫設(shè)備(如熔爐競爭力、管道)的熱輻射特性進一步完善,排查熱泄漏或異常熱點(diǎn)。
衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)工廠熱輻射調整推進,分析企業(yè)生產(chǎn)狀況,輔助金融與監(jiān)管決策同期。
航空航天與軍事
研發(fā)熱控涂層(如航天器表面材料)效果,通過調(diào)節(jié)發(fā)射率控制熱量散發(fā)或吸收。
開發(fā)低發(fā)射率隱身涂層密度增加,降低飛機(jī)創新內容、坦克等軍事目標(biāo)的紅外信號(hào)。
能源與環(huán)保
優(yōu)化太陽能集熱器集成技術、紅外加熱元件的發(fā)射率更合理,提高能量轉(zhuǎn)換效率更優美。
監(jiān)測(cè)工業(yè)廢熱回收材料的輻射特性優勢,提升能源利用效率。
分析溫室氣體(如CO?便利性、H?O)的紅外吸收光譜,評(píng)估環(huán)境污染提供有力支撐。
醫(yī)療與生物技術(shù)
研究人體或生物組織的遠(yuǎn)紅外輻射特性最深厚的底氣,輔助疾病診斷(如腫瘤熱成像)振奮起來。
開發(fā)紅外理療設(shè)備,利用高發(fā)射率材料促進(jìn)血液循環(huán)和康復(fù)深入各系統。
地質(zhì)與遙感
通過測(cè)量巖石作用、土壤的紅外發(fā)射率,反演地表溫度及礦物成分著力增加,輔助礦產(chǎn)資源探測(cè)。機(jī)載/星載高光譜熱紅外遙感建設,用于地表溫度監(jiān)測(cè)和礦物識(shí)別。
自動(dòng)駕駛與智能傳感
紅外輻射率測(cè)試的應(yīng)用廣泛前來體驗,不同行業(yè)根據(jù)需求選擇適合的測(cè)試方法(如FTIR光譜儀更加廣闊、熱像儀、發(fā)射率測(cè)量儀等)非常完善。
傅里葉紅外光譜儀測(cè)試發(fā)射率主要方法
1. 直接測(cè)量法
原理:通過直接測(cè)量樣品的輻射能量與同溫度下黑體的輻射能量對(duì)比支撐作用,計(jì)算發(fā)射率工藝技術。
常用設(shè)備:
傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR):結(jié)合高溫黑體爐,測(cè)量樣品的光譜輻射率(需控制樣品溫度)發展目標奮鬥。
輻射計(jì)/紅外測(cè)溫儀:通過已知溫度的樣品輻射與黑體輻射比較更多的合作機會,計(jì)算積分發(fā)射率(全波段或特定波段)。適用場(chǎng)景:實(shí)驗(yàn)室高精度測(cè)量服務好,適用于材料研發(fā)、航空航天涂層等共謀發展。
2. 反射法(間接法)
原理:根據(jù)基爾霍夫熱輻射定律聽得懂,在熱平衡條件下,不透明材料的發(fā)射率全方位。?=1?ρ(ρ為反射率)。根據(jù)普朗克黑體輻射公式大局,通過測(cè)量樣品在相同溫度下的輻射光譜與理想黑體輻射光譜的比值,得到光譜發(fā)射率:?(λ)=Lsample(λ)/Lblackbody(λ)
適用場(chǎng)景:適用于常溫有序推進、高反射材料(如金屬、鏡面涂層)堅定不移。
二、測(cè)試設(shè)備
1.傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR):需配備紅外探測(cè)器(如DTGS競爭力、MCT)資料、高溫樣品腔及控溫模塊廣泛應用。
2.黑體輻射源:作為校準(zhǔn)基準(zhǔn)哪些領域,溫度需與樣品一致(精度±0.1℃)敢於挑戰。
3.樣品加熱裝置:高溫爐或電熱臺(tái)提供了遵循,確保樣品溫度均勻且穩(wěn)定。
4.反射附件(可選):如積分球或鏡面反射附件服務效率,用于反射率補(bǔ)償測(cè)重要意義。
三、測(cè)試步驟
1. 樣品準(zhǔn)備
· 表面處理:清潔樣品表面生產製造,避免氧化層攜手共進、污染物影響(如拋光金屬需防氧化)。
• 尺寸要求:樣品需覆蓋光斑面積(通常直徑>2 cm)強大的功能,厚度均勻。
2. 儀器校準(zhǔn)
· 背景掃描:在樣品室無樣品時(shí)采集背景光譜(消除環(huán)境輻射干擾)優勢。
· 黑體標(biāo)定:將黑體源加熱至目標(biāo)溫度(如100~500℃)便利性,測(cè)量其輻射光譜Lblackbody(λ)
3. 樣品測(cè)量
· 加熱樣品:將樣品加熱至與黑體相同的目標(biāo)溫度提供有力支撐,穩(wěn)定至少10分鐘(溫度波動(dòng)<±1℃)。
• 輻射光譜采集:
使用FTIR測(cè)量樣品的熱輻射光譜 Lsample(λ)(波數(shù)范圍通常為400~4000 cm?1)逐步顯現。
若需反射率補(bǔ)償引領,需額外測(cè)量樣品的反射光譜ρ(λ)(常溫下用紅外光源照射樣品)。
4. 數(shù)據(jù)處理
· 計(jì)算光譜發(fā)射率:
?(λ)=Lsample(λ)/Lblackbody(λ)(直接法)或?(λ)=1?ρ(λ)(反射法有很大提升空間,適用于不透明材料)
?積分發(fā)射率計(jì)算:對(duì)特定波段(如8~14 μm)的光譜發(fā)射率加權(quán)平均:?avg=∫?(λ)Lblackbody(λ)dλ
應(yīng)用示例
圖1 紅外理療儀340℃加熱歸一化發(fā)射光譜
圖2 理療加熱貼歸一化發(fā)射光譜
圖3 340℃ 加熱紅外理療儀和理療貼的歸一化發(fā)射光譜圖比較
表1 傅里葉紅外光譜法(FTIR)測(cè)試紅外輻射率的優(yōu)勢(shì)
優(yōu)勢(shì) | 說明 |
---|---|
高精度 | 光譜分辨率高,可精確測(cè)定不同波長的發(fā)射率推廣開來,適用于科研級(jí)分析 |
寬溫度適應(yīng)范圍 | 可測(cè)量從低溫(室溫)到高溫(1000℃+)的輻射特性 |
多功能性 | 可同時(shí)測(cè)量發(fā)射率相對較高、反射率、透射率姿勢,適用于不同材料(透明/不透明) |
非破壞性 | 無需破壞樣品首要任務,適用于珍貴或難以制備的材料 |
標(biāo)準(zhǔn)化方法 | 符合ASTM E423、ISO 18434-1等國際標(biāo)準(zhǔn)發展,數(shù)據(jù)可靠性高。 |
可結(jié)合其他技術(shù) | 如與熱像儀面向、XRD、SEM等聯(lián)用建設項目,進(jìn)行多維度材料表征最為突出。 |
相比其他方法(如熱像儀法高效化、雙波段法),F(xiàn)TIR更適合實(shí)驗(yàn)室高精度研究不折不扣,而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可能采用更快速的替代方案。但其數(shù)據(jù)可靠性使其成為紅外輻射率測(cè)試的金標(biāo)準(zhǔn)之一高效利用。
參考標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E1933 使用紅外成像輻射計(jì)測(cè)量和補(bǔ)償發(fā)射率的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程
ASTM E408 使用檢測(cè)儀技術(shù)的表面總正常發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法
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第二十一屆北京分析測(cè)試學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)暨展覽會(huì)(BCEIA 2025)
展會(huì)城市:北京市展會(huì)時(shí)間:2025-09-10